Investigadores de Caltech toman una imagen directa de láminas de grafeno retorcidas de ángulo mágico.
Poco más de un año después de que los investigadores del MIT sorprendieran al mundo de la física con el descubrimiento del «ángulo mágico» para las hojas apiladas de grafeno, los investigadores de Caltech observaron y estudiaron directamente este material utilizando un microscopio de túnel de barrido que puede obtener imágenes de propiedades electrónicas en atómica. escalas de longitud.
Comprender el «ángulo mágico», una orientación específica entre el grafeno apilado que produce propiedades eléctricas especiales, podría allanar el camino para hacer realidad el sueño de los superconductores a temperatura ambiente, que podrían transmitir enormes corrientes eléctricas sin producir calor.
Pero primero: ¿cuál es el ángulo mágico?
Supongamos que toma dos láminas de grafeno —redes gruesas de átomos de carbono de un solo átomo— y se coloca una encima de la otra para crear un material bicapa, luego gira una de las láminas de grafeno para cambiar su orientación entre sí. A medida que cambia la orientación, las propiedades electrónicas del material de la bicapa cambiarán con él. A principios de 2018, los investigadores del MIT descubrieron que, en una cierta orientación (aproximadamente 1,1 grados de torsión relativa), el material de la bicapa, sorprendentemente, se vuelve superconductor y, además, las propiedades superconductoras se pueden controlar con los campos eléctricos. Su descubrimiento lanzó un nuevo campo de investigación sobre el grafeno mágico orientado a los ángulos, conocido como «twistronics».
Los ingenieros y físicos de Caltech se han basado en ese descubrimiento al generar una imagen de la estructura atómica y las propiedades electrónicas del grafeno mágico de ángulo retorcido, proporcionando una nueva visión del fenómeno al ofrecer una forma más directa de estudiarlo. Un artículo sobre su trabajo fue publicado en la revista Nature Physics el 5 de agosto.
«Esto hace retroceder el sudario en twistronics», dice Stevan Nadj-Perge de Caltech , autor correspondiente del artículo y profesor asistente de física aplicada y ciencia de materiales en la División de Ingeniería y Ciencias Aplicadas.
La investigación sobre el ángulo mágico requiere un nivel extremo de precisión para alinear las dos hojas de grafeno en el ángulo correcto. Las viejas técnicas para hacerlo requerían incrustar el grafeno en un material aislante, lo que tenía el desafortunado efecto secundario de evitar el estudio directo de la muestra. En cambio, los investigadores tuvieron que usar métodos indirectos para sondear la muestra de grafeno, por ejemplo, tomando medidas de cómo los electrones fluyen a través de ella. Nadj-Perge y sus colegas desarrollaron un nuevo método para crear muestras de grafeno mágico con torsión angular que se puede utilizar para alinear las dos láminas de grafeno con mucha precisión y dejarlo expuesto para observación directa.
Usando esta técnica, los investigadores podrían aprender más sobre las propiedades electrónicas del material en el ángulo mágico, así como estudiar cómo cambian estas propiedades a medida que el ángulo de giro se aleja del valor mágico. Su trabajo proporcionó varias ideas clave que guiarán los futuros modelos y experimentos teóricos, incluida la observación de que la correlación electrónica juega un papel importante cerca del punto de neutralidad de carga, el ángulo en el que la bicapa es electrónicamente neutral.
«Anteriormente, se pensaba que los efectos de correlación no juegan un papel importante en la neutralidad de carga«, dice Nadj-Perge. «Un examen más detallado y detallado de muestras como esta podría ayudarnos a explicar por qué existen los efectos electrónicos exóticos cerca del ángulo mágico. Una vez que sepamos eso, podríamos ayudar a allanar el camino para aplicaciones útiles, tal vez incluso conduciendo a la temperatura ambiente superconductividad un día «.
El artículo se titula «Correlaciones electrónicas en grafeno bicapa retorcido cerca del ángulo mágico». Los coautores del artículo incluyen a Gil Refael , profesor de física teórica Taylor W. Lawrence; Jason Alicea, profesor de física teórica; Los estudiantes graduados de Caltech Youngjoon Choi, Harpreet Arora, Robert Polski y Yiran Zhang; Los estudiosos posdoctorales de Caltech Jeannette Kemmer, Yang Peng, Alex Thomson, Hechen Ren; así como Felix von Oppen de la Freie Universität Berlin en Alemania; y Kenji Watanabe y Takashi Taniguchi del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales en Japón. Esta investigación fue financiada por la National Science Foundation, el Kavli Nanoscience Institute, el Institute for Quantum Information and Matter en Caltech, el Walter Burke Institute for Theoretical Physics en Caltech, la Deutsche Forschungsgemeinschaft, la Kwanjeong Educational Foundation y el Transregional Collaborative Research Center 183
Via: https://www.caltech.edu/about/news/finding-magic-magic-angle?utm_source=miragenews&utm_medium=miragenews&utm_campaign=news
